CN107353202A - 一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法 - Google Patents

一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法 Download PDF

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李伟刚
关尹双
敖磊
刘开帅
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Abstract

一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，属于制备乙酰丙酸酯的方法。该方法以糖为原料，固体酸Zr(SO4)2/SiO2为催化剂，以醇‑环己烷为反应体系，在反应温度170～220℃，糖的用量1.0～3.0g，醇的用量20～50ml，环己烷用量10～20ml条件下，反应30～70min，反应后过滤，得到残渣及含有乙酰丙酸酯的溶液。参与反应的固体酸催化剂具有催化活性高，对设备无腐蚀及对环境无污染等优点，符合绿色化学的发展方向，为生物质转化制备高附加值产品提供了一条可靠的路径。与现有技术相比的主要优点有：1、活性组分Zr(SO4)2容易与载体SiO2相结合。2、可以根据需求制备不同负载量的催化剂。3、固体酸催化剂还可以回收再次利用。

Description

一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法
技术领域
本发明涉及一种制备乙酰丙酸酯的方法，特别是一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法。
背景技术
乙酰丙酸酯，又名戊酮酸酯、4-酮基戊酸酯或4-氧代戊酸酯，常见的主要包括乙酰丙酸甲酯、乙酰丙酸乙酯和乙酰丙酸丁酯等短链脂肪酯，它们是一类具有芳香气味的无色透明或黄色液体，易溶于乙醇、乙醚和氯仿等大多数有机溶剂，是一类非常有潜力的新能源化学品，具有广泛的工业应用价值。例如，它的性质与生物柴油相似，可以作为石化柴油和生物柴油等运输混合燃料，添加后能有效改善燃烧清洁度，且具备优良的润滑能力、闪点稳定性和低温流动性。
在化工领域中，酸已广泛应用催化脱水、烷基化、异构化、酯化、裂解等反应过程中，其中固体酸具有良好的活性、易分离、不腐蚀设备和对环境友好等优点受到了人们的极大关注。
现有的制备乙酰丙酸酯的固体酸负载率低，催化效果差。
发明内容
本发明的目的是要提供一种高负载量的固体酸催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，解决现有制备乙酰丙酸酯的催化剂负载率低，催化效果差的问题。
为实现上述目的，本发明的制备乙酰丙酸酯的方法，将糖、催化剂、醇及环己烷置于反应釜中，在设定温度和设定时间下反应，待反应结束后取出滤液，过滤，获得乙酰丙酸酯溶液。
制备乙酰丙酸酯方法的具体步骤：
a、将糖、固体酸催化剂、醇和环己烷，置于反应釜中，搅拌均匀；
b、密封反应釜，设定温度，转速为300r/min，当温度达到设定值时，在设定时间的条件下反应；
c、反应时间到达后，迅速冷却至室温，打开反应釜，取出生成物滤液，过滤，获得乙酰丙酸酯溶液。
所述的乙酰丙酸酯包括乙酰丙酸甲酯、乙酰丙酸乙酯和乙酰丙酸丁酯。
所述的糖为葡萄糖、果糖或蔗糖中的任意一种。
所述的醇为甲醇、乙醇或丁醇中的任意一种。
所述的固体酸催化剂为：Zr(SO4)2/SiO2；将Zr(SO4)2作为活性组分负载在具有介孔结构的SiO2载体上，形成固体酸催化剂Zr(SO4)2/SiO2。
所述步骤a中，糖的质量为1.0～3.0g、催化剂的质量为0.3～0.8g、所述醇的用量为20～50ml、所述环己烷用量为10～20ml。
所述步骤b中，设定温度为170～220℃、设定时间30～70min。
有益效果，本发明从活性组分入手，将廉价无毒的Zr(SO4)2作为活性组分负载在介孔SiO2载体上，很好地解决了活性组分Zr(SO4)2比表面积小的问题，将其负载到介孔SiO2载体上可以将Zr(SO4)2的酸性位点充分的暴露出来，这样就可以充分的利用活性组分的酸性位点，从而提高乙酰丙酸酯的收率，参与反应的固体酸催化剂具有催化活性高，对设备无腐蚀及对环境无污染等优点，符合绿色化学的发展方向，为生物质转化制备高附加值产品提供了一条可靠的路径。与现有技术相比的主要优点有：
1、活性组分容易与载体相结合。
2、可以根据需求制备不同负载量的催化剂。
3、固体酸催化剂还可以回收再次利用。
附图说明
图1为催化糖制备乙酰丙酸酯的流程图。
图2为载体和固体酸催化剂的傅氏转换红外线光谱图。
具体实施方式
本发明的制备乙酰丙酸酯的方法，将糖、催化剂、醇及环己烷置于反应釜中，在设定温度和设定时间下反应，待反应结束后取出滤液，过滤，获得乙酰丙酸酯溶液。
制备乙酰丙酸酯方法的具体步骤：
a、将糖、固体酸催化剂、醇和环己烷，置于反应釜中，搅拌均匀；
b、密封反应釜，设定温度，转速为300r/min，当温度达到设定值时，在设定时间的条件下反应；
c、反应时间到达后，迅速冷却至室温，打开反应釜，取出生成物滤液，过滤，获得乙酰丙酸酯溶液。
所述的糖为葡萄糖、果糖或蔗糖中的任意一种。
所述的醇为甲醇、乙醇或丁醇中的任意一种。
所述的固体酸催化剂为：Zr(SO4)2/SiO2；将Zr(SO4)2作为活性组分负载在具有介孔结构的SiO2载体上，形成固体酸催化剂Zr(SO4)2/SiO2。
所述步骤a中，糖的质量为1.0～3.0g、催化剂的质量为0.3～0.8g、所述醇的用量为20～50ml、所述环己烷用量为10～20ml。
所述步骤b中，设定温度为170～220℃、设定时间30～70min。
以下具体实施方式用于对本发明进行具体说明，但不应理解为本发明仅限于此。下面各实施案例中所用的试剂和仪器均可从商业途径获得。
实施例1：
取0.5g固体酸催化剂Zr(SO4)2/SiO2、1.0g葡萄糖、30ml甲醇和10ml环己烷置于反应釜中，反应温度200℃，反应30min，反应结束后取出反应物，过滤，即可得到含乙酰丙酸甲酯的滤液。此时乙酰丙酸甲酯的收率为35.82％。
实施例2：
取0.4g固体酸催化剂Zr(SO4)2/SiO2、2.0g果糖、32ml无水乙醇和15ml环己烷置于反应釜中，反应温度190℃，反应40min，反应结束后取出反应物，过滤，即可得到含乙酰丙酸乙酯的滤液。此时乙酰丙酸乙酯的收率为41.12％。
实施例3：
取0.3g固体酸催化剂Zr(SO4)2/SiO2、2.5g蔗糖、34ml乙醇和17ml环己烷置于反应釜中，反应温度180℃，反应50min，反应结束后取出反应物，过滤，即可得到含乙酰丙酸乙酯的滤液。此时乙酰丙酸乙酯的收率为28.43％。
实施例4：
取0.5g固体酸催化剂Zr(SO4)2/SiO2、1.0g葡萄糖、35ml无水丁醇和10ml环己烷置于反应釜中，反应温度200℃，反应40min，反应结束后取出反应物，过滤，即可得到含乙酰丙酸丁酯的滤液。此时乙酰丙酸丁酯的收率为37.58％。

Claims (8)

1.一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，其特征在于：制备乙酰丙酸酯的方法，将糖、固体酸催化剂、醇及环己烷置于反应釜中，在设定温度和设定时间下反应，待反应结束后取出滤液，过滤，获得乙酰丙酸酯溶液。
2.如权利要求1所述的一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，其特征在于：制备乙酰丙酸酯方法的具体步骤：
a、将糖、固体酸催化剂、醇和环己烷，置于反应釜中，搅拌均匀；
b、密封反应釜，设定温度，转速为300 r/min，当温度达到设定值时，在设定时间的条件下反应；
c、反应时间到达后，迅速冷却至室温，打开反应釜，取出生成物滤液，过滤，获得乙酰丙酸酯溶液。
3.如权利要求1或2所述的一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，其特征在于：所述的乙酰丙酸酯包括乙酰丙酸甲酯、乙酰丙酸乙酯和乙酰丙酸丁酯。
4.如权利要求1或2所述的一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，其特征在于：所述的固体酸为Zr（SO4）2/SiO2。
5.如权利要求1或2所述的一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，其特征在于：所述的糖为葡萄糖、果糖或蔗糖中的任意一种。
6.如权利要求1或2所述的一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，其特征在于：所述的醇为甲醇、乙醇或丁醇中的任意一种。
7.如权利要求1或2所述的一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，其特征在于：糖的质量为1.0～3.0 g、催化剂的质量为0.3～0.8 g、所述醇的用量为20～50 ml、所述环己烷用量为10～20 ml。
8.如权利要求1或2所述的一种固体酸催化剂催化糖转化制备乙酰丙酸酯的方法，其特征在于：设定温度为170～220oC、设定时间为30～70 min。
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